1、 作者：童二宝 第 1 页 2019-8-6 简易低频数字相位测量仪 基于飞思卡尔 XS128 芯片 作者：童二宝 第 2 页 2019-8-6 一课题目的 (1)熟练掌握电子系统的设计方法 (2)设计并实现一个简易的低频数字相位测量仪表 二.设计内容 将两路 1KHz 的正弦波信号分别送到两个过零比较器， 使双极性的正弦波编程单极性的 方波。若两路正弦波信号存在相位差，那么两路方波也必然存在相同的相位差值。将两路方 波存在的相位差对应的时间间隔作为单片机的计数时间 T1， 即可得到两路正弦波的相位差， 相位差=T1/T*360 度。T=1/f=0.0001S 三.所用器材 （1）飞思卡尔 M
2、C9S12XS128 单片机 （2）Codewarrior IDE 软件 （3）龙丘单片机芯片配套 BDM 下载器 （4）OCMJ4X8C 液晶 LCD 模块 （5）5V 电源模块若干（含电池） （6）导线若干 四.参考资料 （1）XS128 单片机技术手册 （2）OCMJ4X8C 液晶说明书 （3）Codewarrior 软件基础使用说明 作者：童二宝 第 3 页 2019-8-6 五设计步骤 1.方案论证 方案一：将被测量输入信号通过模拟鉴相器鉴相，将模拟鉴相器的输出电压进行 A/D 转换， 由单片机处理后显示数据。 方案二：将被测量信号输入波形经比较器整形后，利用门电路鉴相，在通过 RC
3、 电路积分后 进行 A/D 转换。根据相位差与电平成正比的关系，由单片机经过查表或简单的计算处理后 得到相位差值。 方案三：鉴相部分与方案二相同。将整形出来的两路数字信号相与后，形成新的数字信号， 用单片机测量出其波形宽度，经过简单的换算后，即可以得出要测量的相位差值。 经过比较，方案一中被测信号的输出电压幅值变化比较大，难以满足鉴相器的输入要求。方 案二中，积分电路输出波动会很大，相位精度不能保证。方案三的相位精度受频率影响小， 容易控制，稳定性高，可以实现较高的精度，因此采用此方案。其系统框图如下： 2.基本原理 两路 1KHz 的正弦波信号 U1、U2 经过过零比较器后变成单极性的方波信
4、号 A、B，若 U1、U2 存在相位差，则 A、B也存在相位差，为了测得相位差的值，我们可以将 A、B经 过数字逻辑电路处理，将 B信号取反后与 A 信号相与，则可得到相位脉波，通过测定相位 脉波和 A、B任意一脉波的长度，相比较则可得相角脉波。测定脉波长度采用计数器计数方 式，当相位脉波上升沿（下降沿）到来时读此时计数器的值设为 phase_last，等到下降沿（上 升沿） 到来时读此时的计数器值设为 phase_now,将两者相减即得相位脉波长度计数值。 测 A、 B频率可同理得之，只是，A、B的频率需要两个同样的上升沿或下降沿，而相位脉波是两 个相邻的触发沿。 过零比较器 整形电路 MC9S12XS128单片机 OCMJ4X8C LCD 显示 U1 U2 A B 鉴 相 器 低通滤波 / A/D 转换 单 片 机 作者：童二宝 第 4 页 2019-8-6 假设去经过数字逻辑电路处理后的相位脉波（设为 C） ，再去一路脉波 A，通过单片机 采集脉波长度计数值，经过数学处理后得到相应的相角度数和频率。具体如下： 将 C 接单片机的 T0 口，通过 T0 口的输入捕捉功
